DE8901110U1 - Gleitringdichtung - Google Patents

Description

• ■ ·

• ■ I

·..:.. '..' ., Anwaltsakte: - 1 - GM 26 036

Gleitringdichtung

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung zur Abdichtung einer um ihre Längsachse umlaufenden Welle, welche durch eine Wandung geführt ist, die einen unter einem ersten Druck stehenden, das abzudichtende Fluid enthaltenden ersten Raum von einem zweiten Raum mit einem zweiten Druck trennt, enthaltend eine drehfest an der Wandung gehaltenen cad gegen diese abgedichtete erste Ringanordnung, die an ihrer einen axialen Stirnfläche eine kreisringförmige, zur Längsachse koaxiale und in einer von der Längsachse lotrecht durchgedrungenen Radialebene gelegene erste Gleitfläche aufweist, und enthaltend eine drehfest an der Welle gehaltene und gegen diese abgedichtete zweite Ringanordnung, die an ihrer einen, der ersten Gleitfläche zugekehrten axialen Stirnfläche eine zweite Gleitfläche aufweist, die an der ersten Gleitfläehe unter Bildung gemeinsamer ringförmiger Berührungsflächen zu Anlage bringbar ist, wobei eine der Ringanordnungen in Richtung der Längsachse verschiebbar und durch wenigstens eine Feder gegen die andere Ringanordnung vorgespannt ist, wobei eine der Ringanordnungen wenigstens an dem ihre Gleitfläche aufweisenden Bestandteil aus einem ■ Material hoher Verschleißfestigkeit mit einem Elatizitätsmodul größer als 10 &khgr; 10 N/mm ausgebildet ist, und wobei die andere Ringanordnung einen aus einem Material guter Gleiteigenschaft mit einem Elastizitätsmodul kleiner als 4 &khgr; 10 N/mm² bestehenden ringförmigen Körper enthält, an dem eine Gleitfläche ausgebildet ist und der an seinem von dieser Gleitfläche abgewandten axialen Endabschnitt zwischen ringförmigen Teilen eingespannt ist, die beide aus einem Material mit einem Elasti-

zitätsmodul größer als 10 &khgr; 10 N/mm bestehen und die radial nach innen gerichtete Kräfte auf den Außenumfang und radial nach außen gerichtete Kräfte auf den Innenumfang des ringförmigen Körpers ausüben.

Bei einer bekannten Gleitringdichtung dieser Art (Mayer, Axiale Gleitringdichtungen, VDI-Verlag GmbH Düsseldorf, 7. Auflage, 1982, Seite 282) enthält die eine Ringanordnung einen ringförmiger Körper, der zwischen zwei aus Metall bestehenden ringförmigen Teilen eingeschrumpft ist, von denen das eine Teil den Körper radial außen umfaßt und eine Trägerhülse bildet, die axial gegen Federn verschieblich, jedoch drehfest im Dichtungsgeiiäuse gelagert ist- Die freien Stirnflächen der beiden ringförmigen Teile liegen in einer gemeinsamen Ebene, welche bezüglich der durch die Gleitfläche gehenden Radialebene zurückversetzt ist, so daß nur der ringförmige Körper alleine mit einem kleinere radiale Breite aufweisenden, die Gleitfläche enthaltenden Abschnitt frei vorsteht und nur mit diese·: Gleitfläche an der Gleitfläche der mit der Welle rotierenden Ringanordnung anliegt.

Es ist auch bekannt (DE-GM 7 118 511), die in einer mit der Welle rotierenden Ringanordnung enthaltenen, aus Stahl bestehenden beiden ringförmigen Teile jeweils im Querschnitt rechteckig auszubilden, wobei der aus Kohle oder Sinterwerkstoff bestehende ringförmige Körper ebenfalls rechteckigen Querschnitt besitzt und nur in seinem radial mittleren Abschnitt über die freien Stirnflächen der

ringförmigen Teile vorsteht und nur mit diesem, die Gleitfläche aufweisenden Abschnitt an der Gleitfläche der drehbar gelagerten anderen Ringanordnung anliegt.

Nachteilig ist bei den bekannten Gleitringdichtungen, daß sich besonders bei hohen Drücken und auch durch Temperatureinflüsse die Gleitfläche des ringförmigen Körpers dergestalt verforrct, daß sine starke Leckage und/oder große Reibungsverluste auftreten. Werden Gleitringdichtungen in der bekannten Ausbildung zur Abdichtung abrasiver Fluida eingesetzt, ist es erforderlich, sowohl den mit der Welle rotierenden, als auch den drehfest am DiclUungsgehäUGt gehaltenen ringförmigen Körper, welche beide die aneinanderllegenden Gleitflächen aufweisen, aus einem Werkstoff großer Verschleißfestigkeit und Härte

auszubilden, d.h. mit einem Elastizitätsmodul von größer als 10 &khgr; 10 N/mm*. Bei derartigen Werkstoff-Paarungen ist aber häufig schon nach kurzer Betriebszeit eine Aufrauhung bzw. Zerstörung der aneinanderiiegenden Gieitfiächen festzustellen, sowie eine zeitlich sich ändernder und hoher Wert für die Reibungs-Verlustleistung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleitringdichtung zu schaffen, weiche eine günstige Geometrie der Gleitflächen auch bei hohen Drücken und Temperaturen und damit geringe Leckagewerte und Reibungs-Verlustleistung aufweist, Notlaufeigenschaften besitzt und auch zur Abdichtung abrasiver Fluida geeignet ist.

• · ·*&iacgr;&iacgr;·"*&idigr;&iacgr;

Ausgehend von einer Gleitringdichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß wenigstens ein ringförmiges Teil sich wenigstens mit mit einem kragenartigen

Fortsatz bis zur Radialebene erstreckt und in dieser eine weitere |

I kreisringförmige Gleitfläche bildet, welche unmittelbar an die

Gleitfläche des ringförmigen Körpers angrenzt. ^!

Vorzugsweise hält das sich bis zur Radialebene erstreckende ring- -&xgr; förmige Teil an dem von seiner Gleitfläche abgewandten axiale Ende einen |

axialen und/oder radialen Abstand zu dem anderen ringförmigen Teil | ein. Hierdurch wird erreicht, daß das ringförmige Teil, welches einen hohen Elastizitätsmodul aufweist und daher nur wenig verformbar ist, eine wenn auch nur sehr geringfügige relative Beweglichkeit gegenüber dem aus wesentlich elastischerem Werkstof bestehenden ringförmigen Körper und auch gegenüber dem anderen ringförmigen Teil erhält, so daß sich die Gleitfläche des ringförmigen Teils einstellen kann und durch Druck- und Temperaturänderungen hervorgerufene Verformungen von dem ringförmigen Körper aufgenommen werden.

Hinsichtlich der Dichtspaltgeometrie und des LaufVerhaltens besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn das sich bis zur Radialebene ersteckende ringförmige Teil auf der dem niedrigeren Druck zugewandten Seite des ringförmigen Körpers angeordnet ist. In diesem Fall wird, bei einer insgesamt großen Druckdifferenz zwischen dem äußeren und inneren Umfang der Gleitflächen,eine große Verformung der Ringan-

Ordnung erfolgen, welche dazu führt, daß im wesentlichen nur die Gleitfläche des ringförmigen Körpers anliegt. Dies führt zwar zu größeren in Axialrichtung wirkenden hydrostatischen Kräften und damit zu einer vergrößerten Anpreßkraft der Gleitflächen, wobei aber der voraussetzungsgemäß einen niedrigen Elastizitätsmodul aufweisende ringförmige Körper aus einem Werkstoff guter Gleiteigenschaften ausgebildet werden kann (z. B. Kohle), sü daß die Reibungswerte gering gehalten werden können. Ist die Druckdifferenz relativ klein, erfolgt auch eine entsprechend geringere Verformung der Ringanordnung, so daß im wesentlichen nur der ringförmige Teil mit seiner Gleitfläche anliegt. Hierdurch liegt zwar ein ungünstigere Werkstoffpaarung hart - hart vor, welche auch ungünstigere Gleiteigenschaften aufweist, wobei aber die durch die hydrostatischen Kräfte bedingte axiale Anpreßkraft sich reduziert, so daß insoweit der Reibungsverlust und auch der Verschleiß an der Gleitfläche geringer wird. Es ist sogar eine Entlastung möglich, die zu einem berührunysfreien Lauf führt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand einer Gleitringdichtung mit innerer Druckbeaufschlagung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die obere Hälfte der Gleitringdichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die in der Gleitringdichtung gemäß Fig. 1 enthaltene erste Ringan-Ordnung und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer für eine Gleitringdichtung gemäß Fig. 1 verwendbaren ersten Ringanordnung.

Die in Fig. 1 dargestellte Gleitringdichtung dient zur Abdichtung einer um ihre Längsachse 1 umlaufenden Welle 2 an der Durchtrittstelle durch eine (nicht dargestellte) Wandung, welche einen ersten Raum 3, der das abzudichtende, unter einem ersten Druck P₁ stehende Fluid enthält, von einem zweiten Raum 4 mit einem Druck pp trennt. Im vorliegenden Beispiel befindet sich im zweiten Raum 4 eine Sperr-, Kühl- ix*sr Schwerflüssigkeit, die durch eine (nicht dargestellte) nachgeschaltete weitere Dichtung gegen die freie Atmosphäre abgedichtet ist, wobei der Druck p~ größer als der Druck P₁ ist. Die Welle 2 erstreckt sich durch eine Bohrung 5 in einer stirnseitigen Wand 6a eines mehrteiligen, durch symbolisch dargestellte Schrauben 7 zusammengehaltenen Dichtungsgehäuses 6, das seiner-

• * % &psgr;

- 7 -seits an der vorerwähnten Wandung befestigt ist.

Im Bereich der Bohrung 5 steht von der Wand 6a eirr rohrförmiger Kragen 8 zum zweiten Raum 4 vor, auf dessen zur Längsachse 1 koaxialen zylindrischen äußeren Umfangsfläche mit einem Durchmesser d_£ eine in ihrer Gesamtheit mit 9 bezeichnete erste Ringanordnung axial verschieblich engeordnet und durch eine als O-Ring ausgebildete Sekundärdichtung 10 gegen das Dichtungsgehäuse 6 abgedichtet ist- Eine von der ersten Ringanordnung 9 radial nach außen vorstehende Nase 11 steht in einen Schlitz 12 ein, der im mittleren Teil 6b des Dichtungsgehäuses 6 ausgebildet ist und hindert diese Ringanordnung an einer relativen Verdrehung. Eine Mehrzahl von Schraubendruckfedern 13 spannt die srste Ringanordnung 9 axial in Richtung zum zweiten Raum 4 vor. Die erste Ringanordnung 9, welche nachstehend noch ausführlicher erläutert wird, weist eine erste Gleitfläche auf, welche in einer von der Längsachse 1 lotrecht durchdrungenen Radialebene R liegt.

Auf die Welle 2 ist eine mit einem radial nach außen vorstehenden Bund 14a versehene Wellenhülse 14 aufgeschoben, deren vom ersten Raum 3 abgekehrtes Ende von einem Deckelteil 6c des Dichtungsgehäuses 6 mit geringem radialen Spiel umschlossen wird. Auf das andere Ende der Wellenhülse 14 ist eine zweite Ringanordnung 15 aufgeschoben, deren eine, dem ersten Raum 3 zugekehrte Stirnseite mit einer ebenen Gleitfläche 15a versehen ist, welche in der Radialebene R liegt und an der die erste Gleitfläche der ersten Ringanordnung 9 mittels der Federn 13 an-

gepreßt wird. Die zweite Ringanordnung 15 stützt sich mit ihrer anderen axialen Stirnfläche gegen den Bund 14a ab und ist mittels Hilfsdichtungen 16a gegen die Wellenhülse 14 abgedichtet, die ihrerseits mit einer Hilfsdichfcung 16b gegen die Welle 2 abgedichtet ist. Eine Stiftschraube 17 fixiert die Wellenhülse 14 an der Welle 2 und hindert mit ihrem in eine Bohrung der zweiten Dichtungsanordnung 15 einstehenden Kopf letztere an einer relativen Drehung bezüglich der Wellenhülse 14 und der Welle 2. Das Dichtungsgehäuse 6 durchdringen Bohrungen 18, 19, die eine Flüssigkeitszirkulation, einschließlich einer externen Kühlung und/oder Reinigung der im Dichtungsgehäuse 6 enthaltenen Flüssigkeit erlauben und damit auch eine Kühlung der Gleitflächen.

Die zweite Dichtungsanordnung 15 ist im vorliegenden Beispiel als einstückiger, im Querschnitt rechteckiger Körper veranschaulicht, kann aber auch eine komplexere Ausbildung aufweisen und mehrteilig aufgebaut sein. Sie kann beispielsweise am radial äußeren Umfang eine Bandage und/oder Mittel zur Flüssigkeitsförderung enthalten und es können auch bekannte Maßnahmen getroffen werden, um eine geringfüger Verformung der zweiten Gleitfläche 15a zu erzielen, die ein hydrodynamisches Laufverhalten der Gleitringdichtung ermöglicht. Wesentlich ist aber, daß die zweite Ringanordnung 15 wenigstens im Bereich ihrer Gleitfläche aus einem Material hoher Verschleißfestigkeit gebildet ist, das einen Elastizitätsmodul besitzt, der größer als 10 &khgr; 10⁴ N/mm⁴ ist.

Die erste Ringanordnung 9, welche in Fig. 2 einzeln veranschaulicht

ist setzt sich aus einem ersten ringförmigen Teil 9a aus Stahl, einem zweiten ringförmigen Teil (Innenbandage) 9b aus Siliziumkarbid und einem ringförmigen Körper 9c aus Kohle zusammen. Die ringförmigen Teile 9a, 9c weisen daher einen Elastizitätsmodul auf, der größer als 10 &khgr; 10 N/mm² ist, während der ringförmige Körper 9b einen wesentlich kleineren Elastizitätsmodul als 4/10 N/mm² besitzt. Aufgrund der Materialwahl weist das ringförmige Teil 9c auch eine besonders hohe Verschleißfestigkeit auf, ebenso wie die zweite Ringanordnung 15, für welche vorteilhaft ebenfalls Siliziumkarbid verwendet wird.

Das ringförmige Teil 9a,führt die erste Ringanordnung 9 verschieblich auf den Kragen 8 und trägt die vom Außenumfang vorstehende Nase 11. In der Bohrung dieses ringförmigen Teils 9a steht radial nach innen eine umlaufende Rippe vor, von der ausgehend sich zu jeder axialen Stirnfläche ein erweiterter Bohrungsteil mit zylindrischen Innenfläche erstreckt. In dem einen Bohrungsteil 9'a ist der ringförmige Körper 9b mit einem radial außen im Durchmesser vergrößerten Ende eingesetzt, dergestalt, daß dieser Körper mit einem geringere radiale Breite B aufweisenden rohrförmigen Abschnitt 9'b über die Stirnfläche des ringförmigen Teils 9a um die Länge L vorsteht. Der Durchmesser der zylindrischen Innenfläche 9"b des ringförmigen Körpers 9b ist gleichgroß wie derjenige der innen vorstehenden Rippe des ringförmigen Teils 9a. An der Frontseite des rohrförmigen Abschnitts 9'b ist eine Gleitfläche 20* ausgebildet, welche in der Radialebene R liegt.

In dem ringförmigen Körper 9b ist das in Form eines Hohlzylinders (Rohres) ausgebildete weitere ringförmige Teil 9c angeordnet. Dieses weist an einem axialen Ende eine Gleitfläche 20'' auf, die in der gleichen Radialebene R wie die Gleitfläche 20' liegt. Das andere axiale Ende des weiteren ringförmigen Teils 9c hält einen Abstand A zu dem ringförmigen Teil 9a ein, d.h. die beiden ringförmigen Teile 9a, 9c sind nicht unmittelbar, sondern nur über den ringförmigen Körper 9b miteinander verbunden, so daß aufgrund des relativ geringen Elastizitätsmoduls des ringförmigen Körpers 9b eine gewisse, wenn auch kleine relative Bewegung der genannten drei Bauteile ermöglicht wird.

Die beiden ringförmigen Teile 9a, 9c und der ringförmige Körper 9b bilden einen Schrumpfverband, d.h. die beiden ringförmigen Teile spannen unter Ausübung radialer Druckkräfte das Ende des ringförmigen Körpers 9b zwischen sich ein.

Die in Fig. 3 veranschaulichte abgeänderte Ausführungsform der ersten Ringanordnung 9 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig.3 einerseits dadurch, daß der ringförmige Körper 9b radial nach innen über den Innendurchmesser der umlaufenden Rippe vorsteht und insbesondere nur mit dem radial äußeren ringförmigen Abschnitt seiner rückseitigen, von der Gleitfläche 20' abgekehrten Stirnfläche an einer Innenschulter des ringförmigen Tails 9a abgestützt ist. Andererseits ist ein Unterschied dadurch gegeben, daß an das weitere ringförmige

Teil 9c an dem von seiner Gleitfläche 20" abgewandten Ende eine Ring-

scheibe 22 angeformt ist. Die innere Ringfläche dieser Ringscheibe 21 hintergreift einen radial innen gelegenen ringförmigen Abschnitt an der rückseitigen Stirnfläche des ringförmigen Körpers 9b. übereinstimmend mit der AusfUhrungsform der Ringanordnung 9 gemäß Fig. 2 ist aber, daß das ringförmige Teil 9c, einschließlich seiner Ringscheibe 21, nicht in Berührung mit dem ringförmigen Teil 9a steht.

Für spezielle Anwendungsfälle der Gleitringdichtung kann auch eine (nicht dargestellte) weiter abgewandelte AusfUhrungsform der erfindungsgemäßen Gleitringdichtung vorgesehen werden, bei welcher sich beide ringförmigen Teile 9a, 9c bis zur Radialebene R erstrecken und hier mit Gleitflächen ausgebildet sind, welche unmittelbar innen bzw. außen an die Gleitfläche 20' des ringförmigen Körpers 9b angrenzen.

Claims (9)

&igr; III» Anwaltsakte SM 26 036 SCHUTZANSPRÜCHE

1. Gleitringdichtung zur Abdichtung einer um ihre Längsachse um- g laufenden Welle, welche durch eine Wandung geführt ist, die einen | unter einem ersten Druck stehenden, das abzudichtende Fluid ent-

Kai tnnHon ßv»cffln Dai im \tr\n oi nnm -»um &iacgr; fnn D a &igr; im mi +■ &lgr; &iacgr; rtrtm -t\.i*\ i +y-»r» ;--

Druck trennt, ,-.

enthaltend eine drehfest an der Wandung gehaltenen und gegen diese $

abgedichtete erste Ringanordnung, die an ihrer einen axialen Stirn- $

i fläche eine kreisringförmige, zur Längsachse koaxiale und in einer |

von der Längsachse lotrecht durchgedrungenen Radialebene gelegene | erste Gleitfläche aufweist, und

enthaltend eine drehfest an der Welle gehaltene und gegen diese abgedichtete zweite Ringanordnung,die an ihrer einen, der ersten Gleitfläche zugekehrten axialen Stirnfläche eine zweite Gleitfläche aufweist, die an der ersten Gleitfläche unter Bildung gemeinsamer ringförmiger Berührungsflächen zur Anlage bringbar ist, wobei eine der |

Ringanordnungen in Richtung der Längsachse verschiebbar und durch 1 wenigstens eine Feder gegen die andere Ringordnung vorgespannt ist,

wobei eine der Ringanordnungen wenigsten an dem ihre Gleitfläche aufweisenden Bestandteil aus einem Material hoher Verschleißfestig-

- II -

keit mit einem Elastizitätsmodul größer als 10 &khgr; 10 N/mm ausgebildet ist,

und wobei die andere Ringanordnung einen aus einem Material guter Gleiteigenschaft mit einem Elastizitätsmodul kleiner als 4 &khgr; 10 N/mm² bestehenden ringförmigen Körper enthält, an dem eine Gleitfläche ausgebildet ist und der an Söi&Pgr;&ogr;&idigr;&Ggr;&igr; vüfi dieSef Gleitfläche äuyewändten äXialen Endabschnitt zwischen ringförmigen Teilen eingespannt ist, die beide aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul größer als

4
10 &khgr; 10 N/mm bestehen und die radial nach innen gerichtete Kräfte auf den Aussenumfang und radial nach aussen gerichtete Kräfte auf den Innenumfang des ringförmigen Körpers ausüben, dadurch gekennzeichnet,

daß wenigstens ein ringförmiges Teil (9c) sich wenigstens mit mit einem kragenartigen Fortsatz bis zur Radialebene (R) erstreckt und in dieser eine weitere kreisringförmige Gleitfläche (20") bildet, welche unmittelbar an die Gleitfläche (20¹) des ringförmigen Körpers (9b) angrenzt.

2. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bis zur Radialebene (R) erstreckende ringförmige Teil (9c) an dem von seiner Gleitfläche (2Cf) abgewendeten axialen Ende einen axialen und/oder radialen Abstand (A) zu dem anderen ringförmigen Teil (9a) einhält.

- Ill -

3. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bis zur Radialebene (R) erstreckende ringförmige Teil (9c) auf der dem niedrigeren Druck (P₁) zugewandten Seite des ringförmigen Körpers (9b) angeordnet ist.

4. Gleitringdichtung für die Abdichtung abrasiver Fluida nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bis zur Radialebene (R) erstreckende ringförmige Teil (9c) auf der dem abzudichtenden Fluid zugewandten Seite des ringförmigen Körpers (9b) angeordnet ist.

5. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Körper (9b) aus Kohle besteht.

6. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bis zur Radialebene (R) erstreckende »&idiagr; nnfnvmi &pgr;&dgr; &Tgr;&agr;&iacgr; 1 / Qr \ anc QiIi?! iimlf ar*hi ei

7. Gleitringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Körper (9b) einen zylindrischen Innenumfang aufweist und daß das sich bis zur Rachalebene (R) erstreckende ringförmige Teil (9c) rohrförmige Gestalt aufweist.

8. Gleitringdichtung nach Anspruch 7,dadurch gekenn-

zeichnet, daß an das sich bis zur Radialebene (R) erstreckende

«II

- IV -

ringförmige Teil (9c) an dem von seiner Gleitfläche (20") abgewandten Ende eine radial nach aussen vorstehende Ringscheibe (22) angeformt ist, welche einen Abschnitt der rückseitigen Stirnfläche des ringförmigen Körpers (9b) hintergreift und daß dieser . ringförmige Körper (9b) mit einem anderen Abschnitt seiner rückseitigen Stirnfläche an einer Schulter des anderen ringförmigen Teils (9a) abgestützt ist.

9. Gleitringdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Teil (9c) einen Abstand zum anderen ringförmigen Teil 9a aufweist.